高中物理 選修3 4 魯教版 第4講生活中的振動 目標定位 1 知道什么是阻尼振動 知道在什么情況下可以把實際發生的振動看做簡諧運動 2 知道驅動力 受迫振動的概念 通過實驗 認識受迫振動的特點 3 知道共振發生的條件以及應用共振和防止共振的事例和方法 一 阻尼振動 振幅不斷的振動 二 受迫振動與共振1 驅動力 的外力 2 受迫振動 在作用下產生的振動 3 物體做受迫振動時 振動穩定后的周期或頻率總等于的周期或頻率 與物體的固有周期或頻率 4 共振 當驅動力的周期 或頻率 與物體的固有周期 或固有頻率 時 受迫振動的振幅達到 這種現象叫做共振 減小 周期性 周期性外力 驅動力 無關 相等 最大 想一想自由振動 受迫振動和共振分別對應的周期 或頻率 是什么 答案自由振動對應固有周期 或固有頻率 受迫振動對應驅動力的周期 或頻率 而共振對應的是驅動力的周期 或頻率 與固有周期 或頻率 相等 三 共振的應用與防止1 應用 魚洗噴水 核磁共振儀 2 預防 集體列隊經過橋梁要走 輪船航行時改變航向和速率使海浪沖擊力的頻率與輪船的固有頻率相差 音叉共鳴箱 便步 很大 一 阻尼振動和受迫振動1 阻尼振動是振動系統在阻力的作用下 振幅逐漸減小的振動 說明 阻尼振動中振幅雖逐漸減小 但振動的頻率不會變化 此頻率稱為固有頻率 由振動系統決定 2 受迫振動是指系統在驅動力作用下的振動 做受迫振動的物體的振動頻率等于驅動力的頻率 與物體的固有頻率無關 說明 受迫振動中 若周期性的驅動力給系統補充的能量與系統因振動阻尼消耗的能量相等 物體做等幅振動 但此振動不是簡諧運動 例1 一單擺做阻尼振動 則在振動過程中 a 振幅越來越小 周期也越來越小b 振幅越來越小 周期不變c 在振動過程中 通過某一位置時 機械能始終不變d 在振動過程中 機械能不守恒 周期不變解析該題考查阻尼振動的能量和周期 因單擺做阻尼振動 所以振幅越來越小 機械能越來越小 振動周期不變 只是比單擺的固有周期大 答案bd 例2 如圖1 4 1所示的裝置 彈簧振子的固有頻率是4hz 現勻速轉動把手 給彈簧振子以周期性的驅動力 測得彈簧振子振動達到穩定時的頻率為1hz 則把手轉動的頻率為 a 1hzb 3hzc 4hzd 5hz 圖1 4 1 解析受迫振動的頻率等于驅動力的頻率 故把手轉動的頻率為1hz 選項a正確 答案a 二 對共振的理解1 定義物體做受迫振動時 當驅動力的頻率等于系統的固有頻率時 振動的振幅最大 這種現象叫共振 2 發生共振的條件f驅 f固 即驅動力的頻率等于振動系統的固有頻率 3 共振曲線 如圖1 4 2所示 圖1 4 2 4 共振的防止與利用 1 利用 由共振的條件知 要利用共振 就應盡量使驅動力的頻率與物體的固有頻率一致 如共振篩 蕩秋千 共振轉速計等 2 防止 由共振曲線可知 在需要防止共振危害時 要盡量使驅動力的頻率和固有頻率不相等 而且相差越多越好 如 部隊過橋應便步走 說明 共振是物體做受迫振動時的一種特殊現象 例3 在一根張緊的水平繩上懸掛五個擺 其中a e的擺長為l b的擺長為0 5l c的擺長為1 5l d的擺長為2l 先使a振動起來 其他各擺隨后也振動起來 則擺球振動穩定后 a d的振幅一定最大b e的振幅一定最大c b的周期一定最短d 四個擺的周期相同 圖1 4 3 解析a振動起來后 使得b c d e做受迫振動 振動的頻率都等于a振動的頻率 即各擺振動的周期都相等 選項c錯誤 d正確 由于d與a的擺長相差最大 e與a的擺長相等 所以d的振幅最小 e發生共振 振幅最大 選項a錯誤 b正確 答案bd 例4 如圖1 4 4表示一彈簧振子做受迫振動時的振幅與驅動力頻率的關系 由圖可知 a 驅動力頻率為f2時 振子處于共振狀態b 驅動力頻率為f3時 振子的振動頻率為f3c 假如讓振子自由振動 它的頻率為f2d 振子做自由振動時 頻率可以為f1 f2 f3 圖1 4 4 解析由題圖可知當驅動力的頻率為